Pozdrav Habr! U ovom članku ćemo vam reći isplati li se organizirati RAID nizove temeljene na solid-state rješenjima SATA SSD i NVMe SSD i hoće li od toga biti ozbiljne zarade? Odlučili smo istražiti ovo pitanje razmatrajući tipove i tipove kontrolera koji to omogućuju, kao i opseg primjene takvih konfiguracija.
Na ovaj ili onaj način, svatko od nas je barem jednom u životu čuo definicije kao što su "RAID", "RAID niz", "RAID kontroler", ali malo je vjerojatno da smo tome pridali ozbiljnu važnost, jer je sve ovo malo vjerojatno za običnog PC bojara Zanimljivo. Ali svi žele velike brzine od internih pogona i rad bez problema. Uostalom, bez obzira na to koliko je moćan hardver računala, brzina pogona postaje usko grlo kada je u pitanju kombinirana izvedba računala i poslužitelja.
Upravo je to bio slučaj sve dok tradicionalni HDD-ovi nisu zamijenjeni modernim NVMe SSD-ovima s usporedivim kapacitetima od 1 TB ili više. A ako su ranije u osobnim računalima često postojale kombinacije SATA SSD + nekoliko velikih HDD-ova, danas ih počinje zamjenjivati drugo rješenje - NVMe SSD + nekoliko velikih SATA SSD-ova. Ako govorimo o korporativnim poslužiteljima i "oblacima", mnogi su već uspješno prešli na SATA SSD, jednostavno zato što su brži od konvencionalnih "limenki" i sposobni su za obradu većeg broja I/O operacija istovremeno.
Međutim, otpornost na greške sustava još uvijek je na prilično niskoj razini: ne možemo, kao u "Bitki vidovnjaka", predvidjeti s točnošću čak do tjedan dana kada će određeni solid-state disk umrijeti. A ako HDD-ovi "umiru" postupno, omogućujući vam da uhvatite simptome i poduzmete mjere, onda SSD-ovi "umiru" odmah i bez upozorenja. A sada je vrijeme da shvatite zašto je sve to uopće potrebno? Isplati li se organizirati RAID nizove temeljene na solid-state rješenjima SATA SSD i NVMe SSD i hoće li od toga biti ozbiljne zarade?
Zašto vam je potreban RAID niz?
Sama riječ "niz" već implicira da se za njegovu izradu koristi nekoliko pogona (HDD i SSD), koji su kombinirani pomoću RAID kontrolera i prepoznati od strane OS-a kao jedna pohrana podataka. Globalni zadatak koji RAID polja mogu riješiti je minimiziranje vremena pristupa podacima, povećanje brzine čitanja/pisanja i pouzdanosti, što se postiže zahvaljujući mogućnosti brzog oporavka u slučaju kvara. Usput, uopće nije potrebno koristiti RAID za kućne sigurnosne kopije. Ali ako imate vlastiti kućni poslužitelj, kojem trebate stalan pristup 24/7, to je druga stvar.
Postoji više od desetak razina RAID nizova, od kojih se svaki razlikuje po broju pogona koji se u njemu koriste i ima svoje prednosti i nedostatke: na primjer, RAID 0 omogućuje postizanje visokih performansi bez tolerancije na pogreške, RAID 1 omogućuje automatski zrcali podatke bez povećanja brzine, a RAID 10 kombinira mogućnosti gore navedenog. RAID 0 i 1 su najjednostavniji (budući da ne zahtijevaju softverske izračune) i, kao rezultat toga, najpopularniji. U konačnici, izbor u korist jedne ili druge razine RAID-a ovisi o zadacima dodijeljenim nizu diskova i mogućnostima RAID kontrolera.
Kućni i korporativni RAID: koja je razlika?
Osnova svakog modernog poslovanja su velike količine podataka koji moraju biti sigurno pohranjeni na poslužiteljima poduzeća. Također, kao što smo gore napomenuli, mora im se osigurati stalni pristup 24/7. Jasno je da je uz hardver bitan i softverski dio, no u ovom slučaju ipak je riječ o opremi koja osigurava pouzdanu pohranu i obradu informacija. Nijedan softver neće spasiti tvrtku od propasti ako hardver ne ispunjava zadatke koji su mu dodijeljeni.
Za ove zadatke svaki proizvođač hardvera nudi takozvane enterprise uređaje. Kingston ima moćna solid-state rješenja u obliku SATA modela и , kao i NVMe modeli DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe i DCP-1000 PCI-e, namijenjeni za korištenje u podatkovnim centrima i superračunalima. Nizovi takvih pogona obično se koriste u kombinaciji s hardverskim kontrolerima.
Za potrošačko tržište (to jest, za kućna računala i NAS poslužitelje), pogoni kao što su NVMe PCIe, ali u ovom slučaju nije potrebno kupiti hardverski kontroler. Možete se ograničiti na PC ili NAS poslužitelj ugrađen u matičnu ploču, osim ako naravno ne planirate sami sastaviti kućni poslužitelj za netipične zadatke (pokretanje malog kućnog hostinga za prijatelje, na primjer). Osim toga, kućni RAID nizovi u pravilu ne zahtijevaju stotine ili tisuće pogona, već su ograničeni na dva, četiri i osam uređaja (obično SATA).
Vrste i vrste RAID kontrolera
Postoje tri vrste RAID kontrolera koji se temelje na principima implementacije RAID polja:
1. Softver, u kojem upravljanje nizom pada na CPU i DRAM (to jest, programski kod se izvršava na procesoru).
2. Integrirani, odnosno ugrađeni u matične ploče PC-a ili NAS poslužitelja.
3. Hardver (modularni), koji su diskretne kartice za proširenje za PCI/PCIe konektore na matičnim pločama.
Koja je njihova temeljna razlika jedna od druge? Softverski RAID kontroleri su inferiorni u odnosu na integrirane i hardverske u pogledu performansi i tolerancije na greške, ali ne zahtijevaju posebnu opremu za rad. Međutim, važno je osigurati da je procesor glavnog sustava dovoljno snažan za pokretanje RAID softvera bez negativnog utjecaja na performanse aplikacija koje se također izvode na glavnom računalu. Integrirani kontroleri obično su opremljeni vlastitom predmemorijom i koriste određenu količinu CPU resursa.
Ali hardverski imaju i vlastitu predmemoriju i ugrađeni procesor za izvršavanje softverskih algoritama. Obično vam omogućuju implementaciju svih vrsta RAID razina i podršku za nekoliko vrsta pogona odjednom. Na primjer, moderni hardverski kontroleri iz Broadcoma mogu istovremeno povezati SATA, SAS i NVMe uređaje, što vam omogućuje da ne mijenjate kontroler prilikom nadogradnje poslužitelja: posebice, kada se prebacujete sa SATA SSD na NVMe SSD, kontroleri se ne moraju mijenjati.
Zapravo, ovime dolazimo do tipologije samih kontrolera. Ako postoje tromodni, trebaju li postojati i neki drugi? U ovom slučaju, odgovor na ovo pitanje bit će potvrdan. Ovisno o funkcijama i mogućnostima, RAID kontroleri se mogu podijeliti u nekoliko tipova:
1. Obični kontroleri s RAID funkcijom
U cijeloj hijerarhiji ovo je najjednostavniji kontroler koji omogućuje kombiniranje HDD-a i SSD-a u RAID nizove razina “0”, “1” ili “0+1”. Ovo se implementira programski na razini firmvera. Međutim, takvi se uređaji teško mogu preporučiti za korištenje u korporativnom segmentu, jer nemaju predmemoriju i ne podržavaju nizove razina "5", "3" itd. Ali za kućni poslužitelj početne razine oni su sasvim prikladni.
2. Kontroleri koji rade u tandemu s drugim RAID kontrolerima
Ovaj tip kontrolera može se upariti s integriranim kontrolerima matične ploče. To se provodi prema sljedećem principu: diskretni RAID kontroler brine se za rješavanje "logičkih" problema, a ugrađeni preuzima funkcije razmjene podataka između diskova. Ali postoji nijansa: paralelni rad takvih kontrolera moguć je samo na kompatibilnim matičnim pločama, što znači da je njihov opseg primjene ozbiljno ograničen.
3. Samostalni RAID kontroleri
Ova diskretna rješenja sadrže sve potrebne čipove za rad s poslužiteljima poslovne klase, imaju vlastiti BIOS, predmemoriju i procesor za brzo ispravljanje pogrešaka i izračune kontrolne sume. Osim toga, zadovoljavaju visoke standarde pouzdanosti u pogledu proizvodnje i imaju visokokvalitetne memorijske module.
4. Vanjski RAID kontroleri
Nije teško pogoditi da su svi gore navedeni kontroleri interni i da se napajaju preko PCIe konektora matične ploče. Što to znači? A taj kvar matične ploče može dovesti do grešaka u radu RAID polja i gubitka podataka. Vanjski upravljači su oslobođeni ovog nesporazuma jer su smješteni u zasebnom kućištu s neovisnim napajanjem. Što se tiče pouzdanosti, takvi kontroleri pružaju najvišu razinu pohrane podataka.
, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell i Cisco samo su neke od tvrtki koje trenutno nude hardverske RAID kontrolere.
Načini rada RAID kontrolera SAS/SATA/NVMe
Glavna svrha tri-mode HBA i RAID kontrolera (ili kontrolera s tri-Mode funkcijom) je stvaranje hardverskog RAID-a temeljenog na NVMe. Broadcomovi kontroleri serije 9400 mogu to učiniti: na primjer, . Pripada neovisnoj vrsti RAID kontrolera, opremljen je s četiri SFF-8643 konektora i zahvaljujući podršci za tri načina rada omogućuje vam istovremeno povezivanje SATA/SAS i NVMe diskova. Osim toga, također je jedan od energetski najučinkovitijih kontrolera na tržištu (troši samo 17 W energije, s manje od 1,1 W za svaki od 16 priključaka).
Sučelje za povezivanje je PCI Express x8 verzija 3.1, što omogućuje propusnost od 64 Gbit/s (kontroleri za PCI Express 2020 očekuju se u 4.0. godini). Kontroler sa 16 priključaka temelji se na 2-jezgrenom čipu i 72-bitni DDR4-2133 SDRAM (4 GB), kao i mogućnost povezivanja do 240 SATA/SAS diskova, odnosno do 24 NVMe uređaja. Što se tiče organiziranja RAID polja, podržane su razine “0”, “1”, “5” i “6”, kao i “10”, “50” i “60”. Usput, predmemorija i ostali kontroleri u seriji 9400 zaštićeni su od pada napona opcijskim CacheVault CVPM05 modulom.
Tehnologija s tri načina rada temelji se na SerDes funkciji konverzije podataka: pretvaranje serijske reprezentacije podataka u SAS/SATA sučeljima u paralelni oblik u PCIe NVMe i obrnuto. To jest, kontroler dogovara brzine i protokole za besprijekoran rad s bilo kojom od tri vrste uređaja za pohranu. Ovo pruža besprijekoran način skaliranja infrastrukture podatkovnog centra: korisnici mogu koristiti NVMe bez značajnih promjena u drugim konfiguracijama sustava.
Međutim, kada planirate konfiguracije s NVMe pogonima, vrijedi uzeti u obzir da NVMe rješenja koriste 4 PCIe trake za povezivanje, što znači da svaki pogon koristi sve linije SFF-8643 priključaka. Ispada da se samo četiri NVMe pogona mogu spojiti izravno na MegaRAID 9460-16i kontroler. Ili se ograničite na dva NVMe rješenja dok istovremeno povezujete osam SAS pogona (pogledajte dijagram povezivanja u nastavku).
Slika prikazuje korištenje konektora “0” (C0 / Connector 0) i konektora “1” za NVMe veze, kao i konektora “2” i “3” za SAS veze. Ovaj raspored može biti obrnut, ali svaki x4 NVMe pogon mora biti povezan koristeći susjedne trake. Načini rada kontrolera postavljaju se putem uslužnih programa za konfiguraciju StorCLI ili Human Interface Infrastructure (HII), koji rade u UEFI okruženju.
Zadani način rada je profil “PD64” (podržava samo SAS/SATA). Kao što smo gore rekli, postoje ukupno tri profila: način rada “Samo SAS/SATA” (PD240 / PD64 / PD 16), način rada “Samo NVMe” (PCIe4) i mješoviti način rada u kojem sve vrste pogona može raditi: “PD64 -PCIe4" (podrška za 64 fizička i virtualna diska s 4 NVMe pogona). U mješovitom načinu rada, vrijednost navedenog profila trebala bi biti “ProfileID=13”. Usput, odabrani profil se sprema kao glavni i ne resetira se čak ni kada se vraćate na tvorničke postavke putem naredbe Postavi tvorničke postavke. Može se promijeniti samo ručno.
Isplati li se stvoriti RAID niz na SSD-u?
Dakle, već smo shvatili da su RAID polja ključ visokih performansi. Ali isplati li se graditi RAID od SSD-ova za kućnu i korporativnu upotrebu? Mnogi skeptici kažu da povećanje brzine nije toliko značajno da bi se trošilo na NVMe diskove. Ali je li to stvarno tako? Jedva. Najveće ograničenje za korištenje SSD-ova u RAID-u (i kod kuće i na razini poduzeća) može biti samo cijena. Što god se moglo reći, cijena gigabajta prostora na HDD-u mnogo je jeftinija.
Povezivanje više solid state "pogona" na RAID kontroler za stvaranje SSD polja može imati veliki utjecaj na performanse u određenim konfiguracijama. Međutim, nemojte zaboraviti da je maksimalna izvedba ograničena propusnošću samog RAID kontrolera. Razina RAID-a koja nudi najbolje performanse je RAID 0.
Konvencionalni RAID 0 s dva SSD-a, koji koristi metodu dijeljenja podataka u fiksne blokove i njihovo razvrstavanje po čvrstoj pohrani, rezultirat će dvostrukim performansama u usporedbi s jednim SSD-om. Međutim, RAID 0 polje s četiri SSD-a već će biti četiri puta brže od najsporijeg SSD-a u nizu (ovisno o ograničenju propusnosti na razini RAID SSD kontrolera).
Na temelju jednostavne aritmetike, SATA SSD je oko 3 puta brži od tradicionalnog SATA HDD-a. NVMe rješenja su još učinkovitija – 10 puta ili više. Pod uvjetom da dva tvrda diska u RAID-u nulte razine pokažu dvostruko veću izvedbu, povećavajući je za 50%, dva SATA SSD-a bit će 6 puta brža, a dva NVMe SSD-a bit će 20 puta brža. Konkretno, jedan Kingston KC2000 NVMe PCIe disk može postići sekvencijalne brzine čitanja i pisanja do 3200 MB/s, što će u RAID 0 formatu doseći impresivnih 6 GB/s. A brzina čitanja/pisanja slučajnih blokova veličine 4 KB pretvorit će se s 350 IOPS na 000 IOPS. Ali... u isto vrijeme, "nulti" RAID nam ne osigurava redundantnost.
Može se reći da u kućnim okruženjima redundantnost pohrane obično nije potrebna, tako da najprikladnija RAID konfiguracija za SSD stvarno postaje RAID 0. Ovo je pouzdan način za postizanje značajnih poboljšanja performansi kao alternativa korištenju tehnologija poput Intel Optane-temeljenih SSD diskovi. Ali o tome kako se SSD rješenja ponašaju u najpopularnijim vrstama RAID-a ("1", "5", "10", "50") govorit ćemo u našem sljedećem članku.
Ovaj je članak pripremljen uz potporu naših kolega iz Broadcoma, koji daju svoje kontrolere inženjerima Kingstona za testiranje s diskovima SATA/SAS/NVMe poslovne klase. Zahvaljujući ovoj prijateljskoj simbiozi, kupci ne moraju sumnjati u pouzdanost i stabilnost Kingston diskova s HBA i RAID kontrolerima iz proizvodnje. .
Za više informacija o proizvodima tvrtke Kingston posjetite Tvrtka.
Izvor: www.habr.com